Fotonik cihaz ve sistemlerin hızlı gelişimine rağmen, çip üzerindeki bilgi teknolojileri, sıkı gereklilikleri karşılamak için yeterli yeniden yapılandırılabilirliğin bulunmaması nedeniyle çoğunlukla iki seviyeli sistemlerle sınırlıdır. Boyutları genişletmek için yakın zamanda ortaya çıkan vektör lazerlere ve mikro boşluklara yönelik kapsamlı çabalara rağmen, ışığın çeşitli, yüksek boyutlu süperpozisyon durumlarını isteğe bağlı olarak aktif olarak ayarlamak hala bir zorluk olmaya devam ediyor.
Kaynaklı bilim adamları Penn Mühendislik, mevcut sistemlerin güvenliğini ve sağlamlığını geride bırakan hiper boyutlu, spin-yörüngeli bir mikrolazer çipi yarattı. kuantum iletişimi donanım. Sistemleri iletişim için “qudits” kullanıyor ve bu da daha önceki çipli lazerlerin kuantum bilgi alanını iki katına çıkarıyor.
Gelişmiş kuantum cihazlarının kullanımı qubitsAynı anda hem 1 hem de 0 olabilen dijital bilgi birimleri. Kuantum mekaniğinde bu eşzamanlılık durumuna "süperpozisyon" adı verilir. İki seviyeden daha büyük süperpozisyon durumundaki bir kuantum bitine, bu ek boyutların sinyalini vermek için kudit adı verilir.
Yeni cihaz, önemli ilerlemeler sağlayan dört seviyeli testler kullanıyor kuantum şifreleme. Üstelik cihaz dört seviyeli süperpozisyon sunuyor ve boyutların daha da artmasının kapısını açıyor.
Malzeme Bilimi ve Mühendisliği (MSE) doktora sonrası araştırmacısı Zhifeng Zhang şunları söyledi: "En büyük zorluk, standart kurulumun karmaşıklığı ve ölçeklenemezliğiydi. Bu dört seviyeli sistemlerin nasıl oluşturulacağını zaten biliyorduk, ancak boyut artışıyla ilgili tüm parametreleri kontrol etmek için bir laboratuvara ve birçok farklı optik araca ihtiyaç vardı. Amacımız bunu tek çipte başarmaktı. Biz de tam olarak bunu yaptık.”
Hiper boyutlu spin-yörünge mikrolazeri, grubun fotonların yörüngesel açısal momentumunu (OAM) hassas bir şekilde düzenleyen girdap mikrolazerleriyle ilgili geçmiş çalışmalarını ilerletiyor. Yeni cihaz, önceki lazerin yeteneklerine fotonik dönüş üzerinde kontrol sağlıyor.
Bu ek kontrol seviyesi (OAM ve spini manipüle edebilme ve birleştirebilme), dört seviyeli bir sisteme ulaşmalarını sağlayan buluş oldu.
Ekibin çalışmasının ana deneysel başarısı, entegre fotonikte kudit oluşumunu engelleyen tüm parametrelerin eşzamanlı kontrolüdür.
ESE Doktora Derecesi öğrenci Haoqi Zhao şunları söyledi: "Fotonlarımızın kuantum durumlarını üst üste dizilmiş iki gezegen olarak düşünün. Daha önce bu gezegenlerin yalnızca enlemleri hakkında bilgi sahibiydik. Bununla en fazla iki seviye oluşturabiliriz. üstüne koyma. Bunları dörde ayıracak yeterli bilgiye sahip değildik. Artık boylamımız da var. Bu, fotonları birleşik bir şekilde manipüle etmek ve boyutsal artış elde etmek için ihtiyacımız olan bilgidir. Her birini koordine ediyoruz gezegenin dönüşü ve iki gezegeni birbiriyle stratejik ilişki içinde döndürüp tutun.
Liang Feng, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği (MSE) Bölümlerinde Profesör, şuraya, “Bilgisayar teknolojilerinde çok hızlı ilerlememiz nedeniyle, ne kadar karmaşık olursa olsun matematiksel şifrelemenin giderek daha az etkili olacağına dair pek çok endişe var. Kuantum iletişiminin matematiksel engellerden ziyade fiziksel engellere dayanması, onu gelecekteki bu tehditlere karşı bağışık kılar. Kuantum iletişim teknolojilerini geliştirmeye ve iyileştirmeye devam etmemiz her zamankinden daha önemli.”
Dergi Referans:
- Zhang, Z., Zhao, H., Wu, S. ve diğerleri. Dört boyutlu Hilbert uzayında ışık yayan spin-yörünge mikrolazeri. Tabiat (2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-05339-z
